[发明专利]薄膜太阳能电池和制备其的方法

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本发明的实施方式涉及薄膜太阳能电池和制备薄膜太阳能电池的方法。

相关技术描述

近年来，为防止全球变暖减少CO₂和替代化石能源和核能的清洁能源的重要性增加。在清洁能源中，太阳能电池具有下列优势：（1）其能源是如此巨大而不会枯竭，（2）其为清洁能源，并且在发电期间不放出CO₂，（3）其使电力能够自供应，等等，并且因此被进一步开发。在不同种类的太阳能电池中，薄膜太阳能电池可具有光电转化层的薄膜厚度，就成本而言其为有优势的，并且因此对其进行积极地研究和开发。在这些中，已知使用基于化合物的半导体膜作为基于无机化合物的薄膜太阳能电池的光电转化层（光吸收层）的电池。作为基于化合物的半导体膜，已知黄铜矿化合物（CuInSe₂、CuInS₂、CuInGaSe₂，或类似物）其被称作CIS基或CTGS基材料或类似物的材料。该材料可被用作p型光电转化层，其中通过吸收光移动产生正孔（孔）。作为用作这种p型光电转化层的薄膜太阳能电池的构造，普遍已知层压的层状结构，其包括下电极、p型光电转化层、缓冲层、窗口层（在任何情况下为n型半导体膜）和上电极（透明电极）。

在具有层压的层状结构的薄膜太阳能电池中，通过使得正孔作为载流子移动进行光电转化，该正孔在p型光电转化层中通过吸收整个窗口层（n型半导体膜）的入射光产生。另外，在p型光电转化层和窗口层（n型半导体膜）之间提供缓冲层，其为非常薄的化合物半导体膜。缓冲层具有增加太阳能电池的总能量效率的作用，通过减少在p型光电转化层和窗口层（n型半导体膜）之间的界面的缺陷抑制载流子再结合，并且因此不发生光电转化。作为制备构成薄膜太阳能电池的基于化合物的半导体膜的方法，在包含硒的气氛（硒化方法或前体方法）中使用真空蒸镀的方法和进行热处理的方法已经普遍用于p型光电转化层；以及溶液生长方法（CBD方法：化学混浴沉积方法）普遍用于缓冲层，其中通过使用溶液的化学反应形成膜。在这种薄膜太阳能电池中，其光电转化层的能量效率的改进是非常重要的。通常地，已知p型光电转化层的材料处于有利的结晶态，并且经高温处理后具有令人满意的光电转化特征。

JP-2003-008039-A公开了具有层压的层状结构的薄膜太阳能电池，其中CIS基化合物膜用作p型光电转化层，包含Zn-In-Se或S（Znln₂Se₄或类似物）的Znln基化合物半导体膜用作缓冲层，以及ZnO用作窗口层（n型半导体膜）。在制备薄膜太阳能电池的过程中，如果构成组件在用作p型光电转化层的CIS基化合物膜和缓冲层之间相互扩散，太阳能电池的能量效率就会下降，并且因此需要抑制p型光电转化层和缓冲层相互扩散。因此，在薄膜太阳能电池中，Znln基化合物半导体膜不与用作缓冲层的CIS基化合物膜产生相互扩散。另外，通过在400℃至500℃的高温下，在包含硒的气氛中使用硒化的方法进行热处理，作为制备CIS基化合物膜和Znln基化合物半导体膜的方法，结晶态表现为有利的，p型光电转化层的光电转化特征表现为令人满意地，并且因此改进了能量效率。另外，WO2005064692-Al公开了通过CBD方法制备的用作缓冲层的包含ZnIn（O、OH或S）或类似物的ZnIn基化合物半导体膜，其用于具有层压的层状结构的薄膜太阳能电池。

薄膜太阳能电池获得高能量效率和降低制造成本是重要的。为了更低的制造成本，需要使用简单的制造方法实现高生产效率。然而，对于JP-2003-008039-A的薄膜太阳能电池，为改进能量效率的目的，在p型光电转化层和缓冲层的膜形成中使用高温处理（400℃至500℃）的硒化方法。在其中进行这种高温处理的硒化方法需要温度上升或下降的时间，并且因此在实现高生产效率上具有困难。另外，在WO2005064692-Al的薄膜太阳能电池中，使用CBD方法提供缓冲层，但是当考虑到CBD方法是使用溶液的化学反应以及预制备和后制备方法是真空沉积时，该方法不适于实现高生产效率，并且因此就运转率和生产管理而言是不期望的。进一步地，近来，CdTe是通过一种称作近空间升华方法的真空膜沉积制备的p型光电转换层，该方法具有比目前的真空蒸镀方法或硒化方法更高的生产效率，并且已投入实际使用。然而，由于在近空间升华方法中热处理温度高达约600℃，所以难以实现生产效率的进一步改进。本发明已考虑以上问题，并且本发明的目的是提供使用能够兼具能量效率和令人满意的高生产效率的化合物半导体膜的薄膜太阳能电池。

发明内容